文华学院光电信息类课程设计之浅见

文华学院 包佳祺

一、光电信息专业课程设计的背景

光电信息科学与工程是工科信息类专业，培养方案中教学内容涉及到光、机、电、算等多门学科课程，属于综合交叉性学科。就光学类专业课程而言，对于数学和物理基础知识的要求较高，要求学生具备较好的计算和建模能力，教学中注重以上能力的训练和培养。多年来，针对文华学院学生的学习能力和接受水平，已经对原有的华科模式的教学方式进行了调整，课程内容重应用轻理论，教学方式重逻辑轻推算，课程设置重广普轻精专。因此，在课程的设计方面体现了以上原则。

二、课程设计前需考虑的问题

教学活动的双方，就是学生和教师，只有教师了解学生学情，准确定位自身角色，才是合理进行课程设计的前提。

（一）如何减轻学生的畏难情绪？建立学习的信心？

从历届光信专业学生学情分析，一半左右学生高考分数不高，是被数学物理科目拖了后腿。因此，学生先入为主，对于数理类课程具有天然的畏难情绪，许多新生不愿报考，部分高年级学生对于专业课缺乏信心，一旦跟不上，容易自暴自弃。

因此我们考虑在前期就需要做一些工作解决问题：在新生入学中，由专业负责人和专业课教师精心准备，为新生进行专业及专业课程介绍。结合潜能导师制度，引导一年级新生尽早接触专业课程，了解专业相关内容，专业课教师与新生建立联系，长期指导，这样在专业课开设时，学生已经对课程内容和教师比较熟悉，基本不再有畏难情绪；在理论课程教学中，优化授课方法，减少推导演算环节，突出知识的整体完整性，重视回顾总结，同时在实践环节（如实验、课设、课外科技活动）中，选题多联系专业理论知识基础，引导学生理论指导实践。

（二）如何让学生对于将要学习的课程目标有所了解？

学生对于课程教学目标的了解，来源于教师的准确传达和强调。在一门课程授课之前，乃至每一章节授课之前。都要明确说明需要达到怎样的学习目标，哪些知识点掌握到何种程度，重点在哪里，难点如何学，整个知识架构怎么建立等等。学生要做好笔记，课后根据所有要求的考核点查漏补缺，自我检测学习情况。

（三）教师的角色如何定位？

教师角色的自我设定不能一概而论。不同课程有不同设定，理论课怎样，实践课怎样，课程设计怎样，毕业设计怎样，具体要求是不同的。总体原则是，教师要牢记自己的角色设定，区分好教师和学生应该完成的工作，做好分内的事情，按预先计划完成规定的教学动作，不要越俎代庖，做了学生应该做的部分。在教学考核中可以根据具体情况适当降低难度，但教师始终是教学引导者，不能代替学生自我的思考和实践。

（四）对于一整门课程的教学内容如何取舍安排？

某些教师备课，内容完全跟着教材走，教材写多少就讲多少，教材缺漏的也不添加，实不可取。一门课程教学内容的安排，是考验教师的基本功，需要教师根据学生情况和教学经验做较大调整。教学内容要参照教材，但要提炼内容，重组内容，仔细斟酌在规定的教学时间内，哪些该讲哪些不该讲——依据是知识点在整个课程体系中的重要性，整个课程构架逻辑是否完整，知识点的应用性如何，知识点对于其他专业课程的作用，学生是否可以自学等等。需要教师花费极大的功夫，对于本课程的多本教材和教辅材料，以及其他相关专业课程的内容，都要非常的熟悉。如果做不到，单就本门课程，所有知识点平铺直叙不分重点的讲，内容多且枯燥，学生就会逐渐注意力分散，抓不到重点，形成不了知识体系，学习目标模糊，继而掉队，最后放弃。

以《应用光学》课程的内容为例，授课的PPT几乎每年都有内容上的调整。教材选用的是经典教材，但是授课内容会有30%-40%左右的精简。精简的部分大都为计算推导或研究生阶段高阶设计问题，主要出现在光学的像差理论、像质评价和系统设计等章节，是根据学生学情和授课进度所做的适度调整。所讲授内容虽然精简，但是覆盖了所有的重点知识点，结构完整，概念清晰，同时添加了具体应用部分，以理论紧密结合实际，学生接受度较好。

（五）教师应该采取怎样的授课方式？

每个教师有自己授课的个人风格和魅力，能够让学生接受的方式就是可取的方式，好的授课方式均来源于教师多年的授课实经验。教师授课的方法和技术，应老练而不油滑，自信而不自负，有纲可依但要灵活变通。讲课是一场演出，如同相声、评书，好的演出在于和观众的互动，而不是在台上念文件，要考虑观众的喜好和接受程度，根据观众的状态实时调整自己授课的节奏和进度，才是合理的授课方式。

三、需要注意的几个重要方面

（一）反复锤炼课程是打造优课的必经之路。

任课教师，尤其是有多年经验的任课教师，必须要掌握课程整体的脉络和精华，对讲授内容了如指掌，随问随答。一定要反复研究和调整授课内容，甚至根据已经就业和考研学生的反馈，不断精炼课程内容，并加入需要补充的新的知识点，坚持备课，坚持修改教案，坚持教学反思。锤炼课程就像修剪一座盆景，需要从不同角度反复不断的调整细节，才能达到预想的目标。

（二）注意第一堂课的重要性。

每门课程的第一堂课讲什么？是非常关键的问题。建议的内容有：课程的背景和地位，课程学习的目标，课程的总体大纲和内容简介，课程的应用领域（能做什么？解决什么问题？），课程的学习要求（预习、复习、课堂课后学习的方法和考核手段）。更可以安排与学生的互动，了解学生学情，建立融洽的师生关系。建立科学的自由的讨论氛围，让学生接受教师，不抗拒课程。

（三）重视教学内容的阶段性总结和回顾。

教师在新一阶段教学开始前，应特意设计保留一定的时间对之前讲授的内容进行回顾，能够帮助学生整理知识结构，平复畏难情绪，提高正文授课效率，防止学生掉队。而在一阶段教学结束后应带领或指导学生进行总结，对照课程教学目标，布置学生的课后作业以及课外学习任务。

（四）传达专业课程学习的最终目标。

大学的专业课程，不是也不可能让学生仅在一门课的教学时间里就掌握所有的专业知识，其最终目标在于让学生受到思维方法和学习习惯的基础训练，开拓眼界，了解并逐步熟悉专业，从而在未来的工作中，能够自我学习，提高效率，在大学的专业知识基础上，短时间掌握必要的更加精专的知识或技能。因此，教师要明确自己的角色，是学生成长道路上的引导者，而不是替代者，切实履行好自己的职责和任务，争取让学生在大学阶段达到自我学习的最终目标。

四、光点信息类课程设计的实施案例

下面以《应用光学》课程体系中“像差理论”内容为例，说明课程设计和教学安排。

（一）课程的背景和地位

《应用光学》课程主要内容为光学系统中的成像光学部分，从递进关系可以分为三个阶段，第一阶段：几何光学知识基础以及理想光学系统的模型建立（不考虑像差因素的系统），第二阶段：像差理论和像质评价技术，第三阶段：具体光学系统设计的方法和技术。像差理论是承前启后，沟通理想模型和实际光学系统设计之间的桥梁，是非常重要的理论知识，但是理论较为枯燥，模型较为抽象，本科生可以学习，也可以放置到研究生阶段学习（从考研命题角度来说）

（二）课程教学内容的调整

2009-2014应光教学中，该内容放置在理论课中，但是教学效果不佳，授课时间较为紧张，压缩了互动和测试时间，学生反馈复习内容多，不理解，考试时该项内容得分率较低，且考研考试中并不涉及该内容。

经过反复考量，2015年至今的教学设计中，将该内容放置到《应用光学课程设计》中讲授，因为不讲该内容，则无法进行课程设计中的系统模拟和像质评价，且课程设计为考查课程，减轻了学生的考试压力，学习起来较为放松，学完理论之后马上进行课程设计实践，趁热打铁，使教学效果有了改善。

（三）课堂教学目标和内容的安排

1、光学像差部分的教学目标：

（1）理论部分：掌握七种几何像差的形成原理、级数展开表达方法（引申出各种像差的影响因素-孔径？视场？）、初级像差的赛德尔系数表达（引申出像差的校正方法）、像差的应用实例。

（2）实践部分：掌握光学设计软件的基本操作方法、光学系统的参数输入和结构模拟、光学系统的像差参数分析及像质评价、光学系统的手动和自动优化方法。

2、教学内容的安排

（1）理论部分：从教材的第九、十、十一、十三章中抽取核心内容和公式，省略推导过程。故以课件为主，教材为辅。

教学思路逻辑：球差的基本概念和形成原理（第二章讲过，回顾复习）；引出球差的级数展开分析方法，分析与系统的孔径和视场有何关系；再引出初级球差的第一赛德尔系数，据此分析球差的校正方法；球差的影响和应用。

后继，要求学生以球差教学为例，掌握几何像差的分析方法逻辑思路，对其余几何像差进行自我预习。课堂上教师进行串讲总结知识要点，同时检查学生自习效果。

（2）实践部分：以单透镜和双胶合透镜为例，指导学生如何在光学设计软件TCOS中输入系统参数，观察系统模拟结果，分析像差参数和像差曲线，进行像质评价。根据像差情况，指导学生进行系统手动及自动优化方法，其中手动修改系统参数可以分析孔径视场对系统像差的影响。

学生练习部分：根据题目所给参数，学习望远、显微、照相物镜等典型光学系统的模拟和分析，输入和分析方法效仿案例，自行进行像差容限计算，根据模拟优化结果写出数据报告。

（四）教师角色的安排

由以上教学安排可知，光学专业课程中教师角色不可替代。即便有较为权威和全面的教材，有网上搜索可得的软件操作说明，但是不能替代教师的教学内容组织工作。

在理论教学中，教师负责对教材和参考材料中的信息进行筛选和重组，根据以往教学经验，重新编排撰写适合学生接受的教案和课件，既要满足教学目标的要求，又要适应学生的接受能力和教学进度；既要传授课程中的关键知识点，更要教会学生对于问题的认识、理解和分析的科学方法。

实践教学中，教师不仅仅教授软件使用方法，更要结合理论教学内容，指导学生利用相关技术手段模拟和分析问题，指导过程中有教师自己科研工作的经验和方法，有实践工作中的各种技术和工艺要求，这些都是书面教材无法做到的。

综上，光学课程教师的定位是组织者、引导者和监督者。由于理工科教学的要求，很多科学方法和规律必须由教师先整体传达给学生，再由学生在教师引导下，独立或半独立开展相关工作，最后教师要对学生的理论学习和实践操作过程进行监督和检测。最终的目标是培养学生发现问题、查阅资料、综合分析、科学实验以及撰写科技文献的综合素质和能力，掌握科研或工程实践的正确思路和方法。

（五）学习效果的考核和检测

就光学像差部分学习内容，可以采取以下考核方法（考查）：

（1）学生的自我组织学习和表达。分组学习讨论，对学习成果进行阶段性的自我表达，上台讲述自我学习的内容、过程、方法、结论和心得。

（2）系统设计软件实操过程检查，要求可以独立的进行软件操作和数据分析。

（3）书面部分，要求有符合科技文献规范的课题设计报告，在报告的格式、内容、表述以及数据结果均做较为规范和严格的要求，要求学生掌握科学报告的撰写方法。

以上考核和检测方法可按照实际学习情况分配比例，注重每一个学生个体的学习效果，杜绝混课现象。

五、课程设计工作的后期反馈与评估

专业课程设计质量的优劣，必须以教学效果来进行评估和检测。此处所指的反馈，不仅指课堂反馈，同时也是指教师对自己所教授的课程，进行大范围的，长期性的调查评估。包括：

1、调研考察：自己所讲授的课程内容，在其他教师的课程中用到时，学生是否还能够记忆掌握？需要授课教师经常和同事进行沟通，如果有问题则要及时调整教学方法和内容；

2、调研考察：在学生考研和就业应聘过程中，对于教师所教授的知识，是否能够学以致用？是否能够得到用人单位的认可？需要和毕业应聘期的学生进行主动沟通；

3、跟踪已经毕业深造或就业的学生，了解本科期间教师所讲授的知识、技能和方法，是否在深造和工作过程中起到了实质性帮助？在后期发展中，是否还能用到本科期间的专业知识，哪里还有欠缺需要补充，或者有哪些行业热点教师应该及时关注。为教师的工作改进提出新的要求。

作为一名大学教师，想要胜任一门课程的讲授，不是一个简简单单读教材、做PPT、闭门造车的工作。讲授一门优质课程，大量的功夫均在课堂以外，除了对于教学内容的高度熟悉，还需要长期关注各方面的反馈，包括来自同事、学生、社会用人单位的各方面要求，根据需求及时调整教学内容和方法，才能得到较为理想的教学效果。

这一方面需要教师能够热爱教学工作、潜心钻研业务，甘心投入大量时间精力在这些“看不见”的工作之上；另一方面也需要教师教学工作不要被太多的繁杂事务所困扰，适度减负，给教师钻研教学的时间和空间，才能让教师在教学中取得更大的提高和进步。